KR0127147B1 - Temperature balance controller of each section of multiple section glass fiber forming bushing and method thereof - Google Patents
Temperature balance controller of each section of multiple section glass fiber forming bushing and method thereofInfo
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Abstract
내용없음No content
Description
[발명의 명칭][Name of invention]
다중 섹션 유리 섬유 형성 부싱의 각 섹션의 온도 균형 장치 및 그 방법Temperature balance device and method of each section of multi-section fiberglass forming bushing
[기술분야][Technical Field]
부싱 균형 제어기(bushing balance controller)는 유리 섬유 제조 기술(glass fiber production arts)에 관한 것으로서, 특히 다중 섹션 유리 섬유 부싱(multiple section glass fiber producing bushing)의 각 섹션 양단의 온도를 균형 및 유지시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.Bushing balance controllers relate to glass fiber production arts, in particular apparatus for balancing and maintaining the temperature across each section of a multiple section glass fiber producing bushing; It is about a method.
[배경기술][Background]
유리 섬유를 제조하는 한 방법은 정밀한 금속 부싱의 구멍을 통해 용융된 유리를 통과시켜 용융된 유리의 흐름을 가늘게하여 섬유가 되게하는 것이다. 상기 금속 부싱은 용융된 유리로 가득찬 용기(container)를 구성한다. 상기 부싱의 밑바닥은 용융된 유리가 기계적 수단에 의해 끌어당겨져 통과되는 다수의 구멍을 한정한다. 균일한 유리 섬유의 제조를 촉진 및 보장하기위해선 균일한 온도로 부싱을 가열하는 것이 유리하다. 부싱을 가열하는 양호한 방법은 부싱에 고전류를 흐르게하는 것이다.One method of making glass fibers is to pass molten glass through the holes of a precision metal bushing to thin the flow of molten glass into fibers. The metal bushing constitutes a container filled with molten glass. The bottom of the bushing defines a number of holes through which the molten glass is drawn and passed by mechanical means. It is advantageous to heat the bushing to a uniform temperature in order to promote and ensure the production of uniform glass fibers. A good way to heat the bushing is to flow a high current through the bushing.
제조된 섬유의 직경은 유리의 조성, 유리의 온도, 부싱의 온도, 용융된 유리섬유를 냉각하는 속도에 영향을 주는 부싱 아래쪽의 온도 조건 및 기계적으로 가늘게 함으로 인해 섬유에 유입된 스트레스(stress)에 좌우된다. 상기 공정의 목적은 균일한 직경의 다수의 유리 섬유를 형성하여, 이로인해 패키지 중량을 균일화하는 것이다. 통상, 다중 섹션을 가진 부싱이 사용되고 이러한 다중 섹션 부싱의 각 섹션 양단의 일정하고 균일한 온도의 유지는 균일한 섬유 직경의 제조에 중요한 고려의 대상이 된다는 것이 발견되었다.The diameter of the fibers produced is dependent on the stress introduced into the fibers due to the temperature conditions under the bushing and the mechanical thinning that affect the composition of the glass, the temperature of the glass, the temperature of the bushings, and the rate of cooling the molten glass fibers. Depends. The purpose of the process is to form a plurality of glass fibers of uniform diameter, thereby homogenizing the package weight. Typically, bushings with multiple sections are used and it has been found that maintaining a constant and uniform temperature across each section of such multi-section bushings is an important consideration in the production of uniform fiber diameters.
이러한 섹션이 공통의 온도에서 일정하게 동작하기 위해선, 다중 섹션 부싱의 개별 섹션으로의 열의 부가를 제어하기 위한 다양한 계획이 제안되어졌다. 예를들어, 1987년 4월 14일자로 허여된 미국 특허 제 4,657,572호에는 설정 온도를 달성하고 유지시키기 위해 설정 온도에서 동작하는 부싱 섹션으로부터 흐르는 전류를 우회시키므로 다중 섹션 부싱의 온도의 균형을 이루는 시스템에 관해 기술되었다. 상기 시스템에 있어서, 개별 부싱 섹션의 온도 감지는 부싱 섹션의 저항 변화를 감지하고, 온도 및 설정 온도로부터의 편차를 계산하므로 이루어진다.In order for these sections to operate constantly at a common temperature, various schemes have been proposed to control the addition of heat to the individual sections of the multi-section bushings. For example, US Pat. No. 4,657,572, issued April 14, 1987, is a system that balances the temperature of a multi-section bushing by bypassing current flowing from the bushing section operating at the set temperature to achieve and maintain the set temperature. Has been described. In the system, temperature sensing of the individual bushing sections is achieved by sensing the resistance change of the bushing section and calculating the deviation from the temperature and the set temperature.
온도 감지의 또다른 방법이 미국 특허 제4,594,087호에 기술되어 있다. 상기 특허에는, 다수의 열전쌍이 부싱을 따라 여러 위치에 배치되어 평균 온도 판독을 제공한다. 한쌍의 다이리스터는 희망 온도를 유지시키기 위해 부싱의 각각의 반을 통해 흐르는 전류를 가능하게 분로한다.Another method of temperature sensing is described in US Pat. No. 4,594,087. In this patent, multiple thermocouples are placed at various locations along the bushing to provide an average temperature reading. The pair of thyristors possibly shunt the current flowing through each half of the bushing to maintain the desired temperature.
미국 특허 제 4,024,336호는 상기 언급된 장치와 다소 유사한 분할 부싱 제어기를 기술한다. 상기 특허에는, 두개의 온도 감지부가 사용된다. 상기 감지부중 제1의 온도 감지부가 전체 부싱에 공급된 전원을 조절하는 제1의 제어기를 구동시키는 반면에 제2의 온도 감지부 및 제2의 제어기는 상기 부싱의 반을 분로시키는 한쌍의 전파 가변 임피던스 장치를 제어하므로 2개의 부싱 섹션으로의 대응 전류를 조절한다.U. S. Patent No. 4,024, 336 describes a split bushing controller which is somewhat similar to the above mentioned apparatus. In this patent, two temperature sensing units are used. The first temperature sensing unit of the sensing unit drives a first controller that regulates the power supplied to the entire bushing, while the second temperature sensing unit and the second controller vary a pair of radio waves that divide the half of the bushing. By controlling the impedance device, it regulates the corresponding current to the two bushing sections.
미국 특허 제4,546,485호에선, 부싱을 따라 배치된 다수의 열전쌍의 전류흐름 및 그에 따른 부싱의 온도를 제어 및 유지하기 위해 사용된 평균 온도를 제공한다. 수동으로 조절가능한 가변 임피던스 장치는 균일한 처리량을 달성하고 유지하기 위해서 상기 부싱의 반의 대응 온도를 제어하도록 조정될 수도 있다.US Pat. No. 4,546,485 provides an average temperature used to control and maintain the current flow of a plurality of thermocouples disposed along the bushing and thus the temperature of the bushing. The manually adjustable variable impedance device may be adjusted to control the half temperature of the bushing to achieve and maintain a uniform throughput.
임의의 유리 섬유 부싱 온도 제어 장치에서 직면될 첫번째 고려대상중 하나는 온도감지 수단의 선택이다. 이 분야에서 실용성을 구비한 것처럼 일반적으로 인식된 것이 열전쌍, 적외선, 즉, 비-접촉형 온도 측정 및 저항 온도 측정이다.One of the first considerations to be faced in any glass fiber bushing temperature control device is the choice of temperature sensing means. Generally recognized as practical in this field are thermocouples, infrared, ie non-contact, temperature and resistance temperature measurements.
각각의 전술한 온도 측정 수단은 장점 및 단점을 수반한다. 예를들어, 본 열전쌍 기술은 매우 정확한 온도 측정을 제공한다. 그러나, 유리 섬유 형성 부싱의 동작 온도, 즉, 1371.1℃(2,500°F) 근방에서, 열전쌍은 비교적 짧은 수명을 갖는다. 게다가, 상기 열전쌍이 단지 한 점에서만 온도를 측정하고 상기 열전쌍이 통상 부싱의 외부에 고착되기 때문에, 용융된 유리의 온도 변화와 부싱 온도의 변화 및 열전쌍에 의한 온도 변화의 감지간에는 일정의 시간 지역이 존재한다. 적외선 온도 측정 기술은 정확하긴 하나 용융된 유리의 유출 흐름의 존재와 핀 실드(fin shield) 및 다른 온도 제어 장치에 기인한 부상 아래쪽의 복잡한 상태에 의해 영향을 받게 된다.Each of the aforementioned temperature measuring means involves advantages and disadvantages. For example, the present thermocouple technology provides very accurate temperature measurements. However, near the operating temperature of the glass fiber forming bushing, ie 1371.1 ° C. (2500 ° F.), thermocouples have a relatively short lifespan. In addition, since the thermocouple measures temperature only at one point and the thermocouple is usually fixed outside of the bushing, there is a constant time zone between the change in temperature of the molten glass and the change in the bushing temperature and the change in temperature by the thermocouple. exist. Infrared temperature measurement technology is accurate but is affected by the presence of molten glass effluent flow and the complex conditions underneath the injury due to fin shields and other temperature control devices.
저항 측정을 통한 온도 감지 및 제어는 어쩌면 상기 분야에 가장 적합한 해결책일 수 있으나 상기 해결책 역시 장애가 없지는 않다. 예를들어, 상기 시스템은 전류가 상기 시스템을 통해 흐르는 동안 부싱의 저항치를 측정하기 때문에, 상기 시스템은 전원 라인의 노이즈 및 다른 지역적으로 발생된 간섭에 영향을 받기 쉽다. 게다가, 제어 시스템이 전체 부싱의 일부를 통해 흐르는 전류를 조절한다고 가정하면, 조절된 전류 흐름이 저항치 판독에 대해 간섭하는 것을 방지하기 위한 단계가 선택 되어야만 한다.Temperature sensing and control through resistance measurement may be the best solution for the field, but the solution is not without obstacles. For example, because the system measures the resistance of the bushing while current flows through the system, the system is susceptible to noise from power lines and other locally generated interference. In addition, assuming that the control system regulates the current flowing through part of the overall bushing, a step must be selected to prevent the regulated current flow from interfering with the resistance reading.
다중 섹션 유리 형성 부싱의 온도 제어 기술 분야에서의 개선은 바람직하고 가능하다는 것이 전술한 설명 및 종래 기술의 검토로 부터 명백하다.It is evident from the foregoing description and review of the prior art that improvements in the temperature control art of multi-section glass forming bushings are desirable and possible.
[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention
본 발명에 따른 부싱 균형 제어기는 열전쌍 또는 저항(전압 강하) 측정 기술에 의해 다중 섹션 유리 섬유 형성 부싱의 각 섹션의 온도를 감지하고 전체 부싱에 공급되고 전체 부싱을 통해 통과 하는 전기 에너지 및 각각의 부싱 섹션을 희망 설정 온도로 유지시키기 위해 한 섹션을 제외한 부싱의 모든 섹션에 주입된 전기 에너지를 조절한다.The bushing balance controller according to the present invention senses the temperature of each section of a multi-section glass fiber forming bushing by thermocouple or resistance (voltage drop) measurement technology and is supplied to the entire bushing and the electrical energy and each bushing passed through the entire bushing. The electrical energy injected into all sections of the bushing except one section is adjusted to maintain the section at the desired set temperature.
N개의 부싱 섹션에 부착된 N개의 열전쌍을 이용한 시스템에서, N-1개의 열전쌍 제어기 및 전원 장치가 N-1개의 섹션을 제어하도록 전원을 주입하는 반면, N번째 열전쌍, 제어기 및 전원 장치는 전기 에너지의 부여를 제어하고 이로인해 N개의 섹션의 전체 부싱의 온도를 제어하여, N번째 부싱 섹션의 온도를 효과적으로 제어한다.In a system with N thermocouples attached to N bushing sections, the N-1 thermocouple controller and power supply inject power to control the N-1 sections, whereas the N th thermocouple, controller and power supply are electrical energy. The temperature of the Nth bushing section is effectively controlled by controlling the provision of and thereby controlling the temperature of the entire bushing of the N sections.
저항(전압강하) 측정 기술이 다중 섹션 부싱의 N개의 개별 섹션의 온도를 유사한 방식으로 제어하는데 또한 이용될 수도 있는데, 이 경우 각각의 N개의 섹션 양단의 전압 강하를 감지하고 설정 온도로 부터 감지된 편차에 따라 각각의 N-1개의 섹션으로의 전기 에너지의 주입을 제어하고 N번째 섹션 양단의 전압강하를 감지하고 설정 온도로 부터 감지된 편차에 따라 N개의 섹션의 전체 부싱으로의 전기 에너지의 부여를 제어하여, N번째 부싱 섹션의 온도를 효과적으로 제어한다. 상기 설비에 있어서, 전류는 N-1개의 섹션에 주입되고 정밀한 감지 및 적당한 제어를 보장하기 위해 전원 장치를 교체하는 동안 전압강하가 감지된다.Resistance (dropout) measurement techniques can also be used to similarly control the temperature of the N individual sections of a multi-section bushing, in which case it detects the voltage drop across each of the N sections and detects from the set temperature. Control the injection of electrical energy into each N-1 sections according to the deviation, sense the voltage drop across the Nth section, and assign electrical energy to the entire bushing of N sections according to the detected deviation from the set temperature. By controlling the temperature of the N-th bushing section effectively. In this arrangement, current is injected into the N-1 sections and a voltage drop is sensed during replacement of the power supply to ensure precise sensing and proper control.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 섹션 유리 섬유 형성 부싱의 각각의 개별 섹션의 온도를 조정 및 유지하는 부싱 균형 제어기를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a bushing balance controller that adjusts and maintains the temperature of each individual section of a multi-section glass fiber forming bushing.
본 발명의 또다른 목적은 다중 섹션 유리 섬유 형성 부싱의 개별 섹션의 온도를 감지하고 희망 설정 온도로 부싱의 각 섹션의 온도를 조정 및 유지시키기 위해 한 부싱 섹션을 제외한 모든 섹션에 보충 전기 에너지를 주입하는 수단을 제공하는 것이다.Another object of the invention is to sense the temperature of individual sections of a multi-section glass fiber forming bushing and inject supplemental electrical energy into all sections except one bushing section to adjust and maintain the temperature of each section of the bushing to the desired set temperature. It is to provide a means to.
본 발명의 또다른 목적은 N개의 부싱 섹션의 온도를 감지하고 N-1개의 섹션으로의 전기 에너지의 주입 및 모든 N개의 섹션을 통한 전기 에너지의 흐름을 제어하는 다중 섹션 유리 형성 부싱 제어기를 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a multi-section glass forming bushing controller which senses the temperature of the N bushing sections and controls the injection of electrical energy into the N-1 sections and the flow of electrical energy through all N sections. will be.
본 발명의 또다른 목적 및 잇점은 실시예 및 첨부된 도면에 관한 이하 설명을 참조하므로 명백해질 것이다.Further objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of the embodiments and the accompanying drawings.
[도면의 간단한 설명][Brief Description of Drawings]
제1도는 온도 감지기로써 열전쌍을 이용한 본 발명에 따른 다중 섹션 부싱 제어기의 개략도이며,1 is a schematic diagram of a multi-section bushing controller according to the invention using a thermocouple as a temperature sensor,
제2도는 저항(전압 강하) 온도 감지 기술을 이용한 다중 섹션 유리 형성 부싱 제어기의 개략도이며,2 is a schematic diagram of a multi-section glass forming bushing controller using a resistive (voltage drop) temperature sensing technique,
제3도는 다중 섹션 유리 섬유 형성 부싱의 전기적 특성도이고,3 is an electrical characteristic diagram of a multi-section glass fiber forming bushing,
제4도는 저항(전압 강하) 온도 감지 기술과 인터리브된(inertleaved) 감지 및 전류 주입을 이용한 다중 섹션 유리 섬유 형성 부싱용 제어기의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a controller for a multi-section glass fiber forming bushing using resistive (voltage drop) temperature sensing technology and inertleaved sensing and current injection.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]Best Mode for Carrying Out the Invention
제1도를 참조하면, 전류 주입을 통해 다중 섹션 부싱의 온도를 제어 및 유지하고 온도 감지기로서 열전쌍을 이용하는 시스템이 설명되고 통상 참조부호 숫자 10으로 도시되었다. 상기 시스템(10)은 제1 또는 좌측 섹션(14), 제2 또는 중앙 섹션(16) 및 제3 또는 우측 섹션(18)의 3섹션으로 분할되는 광물 또는 유리섬유 형성 부싱 어셈블리(12)를 포함한다. 3섹션 부싱에 관한 본 발명의 설명이 예시적 설명을 목적으로 한 것임을 알아야 한다. 본 발명에 이용될 수도 있는 다중 섹션 부싱의 실제 섹션의 수는 본원에 기재된 3섹션 보다 쾌히 또는 편리하게 약간 많거나 또는 적을 수도 있다.Referring to FIG. 1, a system for controlling and maintaining the temperature of a multi-section bushing through current injection and using a thermocouple as a temperature sensor is described and generally indicated by
전기 에너지는 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 양단에 접속되고 제1의 전원 변압기(24)의 2차측에 결합된 한쌍의 라인(20 및 22)를 통해 전체 다중 섹션 부싱 어셈블리(12) 양단에 인가된다. 제1의 전원 변압기(24)의 1차측에는 제1의 전원 팩(26)으로부터의 전기 에너지가 공급된다. 상기 제1의 전원 팩(26)은 통상 라인(28)의 전기 에너지원에 접속되는 고상 제어 장치(solid state control device)이고 제어 라인(30)의 제어 신호를 수신한다. 상기 제1의 전원 팩(26)은 제어 라인(30)의 제어 신호에 따라 제1의 전원 변압기(24)로 상기 팩의 출력의 크기를 조절한다.Electrical energy is applied across the entire
제어 라인(30)의 제어 신호는 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 중앙 섹션(16)에 고착된 제1의 열전쌍(36)으로부터 라인(34)의 전압 신호를 수신하는 제1의 프로세스 제어기(32)에 의해 제공된다. 상기 제1의 프로세스 제어기(32)는 웨스트 버지니아주 페어몬트 소재의 전자 제어 시스템(Electronic Control System)사에 의해 제조된 모델 6810 또는 6403 제어기나 또는 리드 및 노드롭(Leeds and Northrup)사에 의해 제조된 Emax V 제어기와 같거나 유사할 수도 있다. 비록 제1의 열전쌍(36)이 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 중앙 섹션(16)의 온도만을 감지할지라도, 상기 제1의 열전쌍의 전체 부싱 어셈블리(12)에 전기 에너지의 부여를 최종적으로 제어하는 전압 신호의 형태로 데이타를 제공한다는 것이 이해될 것이다. 제1의 전원 팩(26) 자체는 통상 대략 10 내지 35 킬로와트의 전기 에너지의 용량을 가질 수도 있다.The control signal of the
제2의 열전쌍(46)은 전술된 제1의 프로세스 제어기(32)와 되도록 동일한 제2의 프로세스 제어기(50)에 라인(48)의 신호를 제공한다. 제2의 프로세스 제어기(50)의 출력이 제어 라인(52)을 통해 제2의 전원 팩(54)에 제공된다. 상기 제2의 전원 팩(54)은 상기 전자 제어 시스템사의 모델 7702와 같거나 유사할 수도 있고 약 100 암페어의 2차 전류를 제공하는 스텝 다운(step down) 변압기의 1차측에 약 30 암페어의 전류 공급 능력을 제공한다. 상기 제2의 전원 팩(54)은 라인(28)으로부터 제2의 전원 변압기(56)의 1차 코일로의 전기 에너지의 공급을 제어한다. 제2의 전원 변압기(56)의 2차측의 출력은 라인(60 및 62)을 통해 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 제1의 섹션(14)의 양단에 제공된다.The
비슷한 어셈블리가 온도를 감지하고 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 제3 섹션(18)에 전기 에너지의 제어를 제공한다. 상기 어셈블리는 제3의 부싱 섹션(18)의 온도를 감지하고 라인(18)을 통해 제3의 프로세스 제어기(70)에 전압 신호를 제공하는 제3의 열전쌍(66)을 포함한다. 상기 제3의 프로세스 제어기(70)는 되도록 상기 프로세스 제어기(32 및 50)와 동일하다. 제어 라인(72)을 통한 제3의 프로세스 제어기(70)의 출력은 제3의 전원 변압기(76)의 1차측에 전기 에너지의 공급을 제어하는 제3의 전원 팩(74)에 제공되는데, 상기 제3의 전원 팩은 제3의 전원 변압기(76)의 2차측으로부터 한쌍의 라인(80 및 82)을 통해 제3의 부싱 섹션(18)의 양단으로 전기 에너지를 차례로 제공한다. 제3전원 팩(74)는 되도록 제2의 전원 팩(54)과 동일하다.A similar assembly senses the temperature and provides control of electrical energy to the
제1의 부싱 섹션(14)과 관련된 구성 부품과 제3의 부싱 섹션(18)과 관련된 구성 부품은 설정 온도로부터 감지된 온도 편차에 응답하여 각각의 부싱 섹션으로의 적당한 흐름을 주입하는 폐쇄된 루프 제어 시스템을 제공한다. 한편, 전술된 구성 부품(제1의 전원 팩(26), 제1의 프로세스 제어기(32), 열전쌍(36) 및 관련 회로)은 전체 다중 섹션 부싱 어셈블리(12) 양단의 전기 에너지의 흐름을 제공 및 제어한다.The components associated with the
제2도, 제3도 및 제4도를 참조하면, 다중 섹션 부싱 온도 제어 시스템의 제2의 실시예가 설명되고 통상 참조부호 숫자(100)로 도시된다. 다중 섹션 부싱 온도 제어 시스템(100)은 제1도에 도시된 제1의 시스템(10)에 사용된 바와 같이, 다수의 동일 구성 부품, 특히 전기 에너지 제어 구성 부품을 사용하고 물론, 동일 또는 유사 부싱과 함께 동작한다. 상기 시스템(100)은 제1 또는 좌측 섹션(14), 제2 또는 중앙 섹션(16) 및 제3 또는 우측 섹션(18)의 3섹션으로 분할되는 광물 또는 유리 섬유 형성 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)를 포함한다. 앞서의 실시예에서도 기술한 바와같이, 3섹션 부싱과 관련하여 본 발명의 상기 실시예의 도시 및 설명은 단순히 예시 및 설명을 위한 것이고 본 발명은 만약 원한다면 더 많거나 또는 더 적은 섹션을 가진 다중 섹션 부싱에 대해 사용될 수도 있음을 알아야 한다. 상기 시스템(100)은 또한 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 양단에 접속되고 전기 에너지를 제1의 전원 변압기(24)의 2차측으로 부터 상기 어셈블리로 제공하는 한쌍의 라인(20 및 22)을 포함한다.2, 3, and 4, a second embodiment of a multi-section bushing temperature control system is described and shown generally by the
상기 제1의 전원 변압기(24)의 1차측에는 제1의 전원 팩(26)으로 부터의 전기 에너지가 제공된다. 상기 제1의 전원 팩(26)은 제어 라인(30)의 제어 신호에 따라 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)로의 라인(28)을 통한 전기 에너지의 부가를 제어한다.The primary side of the
상기 시스템(100)은 또한 제2의 제어 라인(58)의 제어 신호외에도 라인(28)을 통한 전기 에너지를 수신하고 제2의 전원 변압기(56)의 1차측으로의 전기 에너지의 공급을 제어하는 제2의 전원 팩(50)을 포함한다. 상기 제2 전원 변압기(56)의 2차측은 한쌍의 라인(60 및 62)를 통해 제1의 부싱 섹션(14)의 양단에 접속된다. 상기 시스템(100)은 또한 제3의 제어 라인(72)의 제어 신호와 라인(28)의 전기 에너지가 제공되고 제3의 전원 변압기(76)의 1차측에 전기 에너지의 공급을 제어하는 제3의 전원 팩(70)을 포함한다. 상기 제3전원 변압기(76)의 2차측은 한쌍의 라인(80 및 82)을 통해 제3의 부싱 섹션(18)의 양단에 결합된다.The
상기 시스템(100)은 이하 방식에 있어 전술된 시스템(10)과는 상이하다. 상기 시스템(100)은 제어 라인(30, 52 및 72)을 통해 제1의 전원 팩(26), 제2의 전원 팩(50) 및 제3의 전원 팩(70)에 제어 신호를 각기 제공하는 부싱 균형 제어기(102)를 더 포함한다. 상기 부싱 균형 제어기(102)는 또한 라인(104, 106, 108 및 110)의 4개의 전압 신호를 수신한다. 라인(104 및 106)의 전압간의 전압차는 제1의 부싱 섹션(14) 양단의 전압 강하를 나타내며, 라인(106 및 108)의 전압간의 전압차는 제2 또는 중앙 부싱 섹션(16) 양단의 전압 강하를 나타내고 라인(108 및 110)의 전압간의 전압차는 제3의 부싱 섹션(18) 양단의 전압 강하를 나타낸다. 상기 시스템(100)은 또한 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)로의 전기 에너지의 주 공급과 관련된 라인(20 또는 22)중 어느 한 라인이 2차측에 설치된 변류기(112)를 포함한다. 상기 변류기(112)는 전체 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)를 통해 흐르는 전류를 감지한다. 상기 변류기(112)의 1차측에 유입된 전류 신호가 정밀 저항기(114)에 인가되어, 부싱 균형 제어기(102)에 인가되는 제어 라인(116)에 전압 신호를 생성한다.The
제3도는 부싱 어셈블리(12)와 같은 다중 섹션 부싱의 전기적 특성을 나타낸 전기 개략도이다. 다중 섹션 유리 섬유 형성 부싱의 전기적으로 가열되기 때문에, 상기 부싱을 형성하는 금속의 저항치에 의해 이러한 가열을 발생시키기 위해 상기 저항치는 직렬 저항기에 의해 표시될 수 있다. R14는 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 제1 또는 좌측 섹션(14)의 저항치를 나타내며, R16은 상기 부싱 어셈블리(12)의 제2 또는 중앙 섹션(16)의 저항치를 나타내고 R18은 상기 부싱 어셈블리(12)의 제3 또는 우측 섹션(18)의 저항치를 나타낸다. 각각의 이들 저항치는 상기 부싱의 개별 섹션의 온도가 변화하기에 변화한다.3 is an electrical schematic showing the electrical characteristics of a multi-section bushing, such as the
부싱 균형 제어기(102)의 동작을 이해하기 위하여, 동작의 이론에 관한 간단한 설명이 이하 기술될 것이다.In order to understand the operation of the
유리 섬유 형성 부싱에 사용된 통상 금속인 재질의 저항치/온도 관계는 아래와같이 표시될 수 있는데The resistance / temperature relationship of a typical metal used in a glass fiber forming bushing can be expressed as
여기서, RN은 부싱의 섹션 N의 순간 저항치이며,Where R N is the instantaneous resistance of section N of the bushing,
RS는 설정 온도 TS에서 부싱의 N번째 섹션의 저항치이며,R S is the resistance of the Nth section of the bushing at the set temperature T S ,
TN은 부싱의 섹션 N의 순간 온도이며,T N is the instantaneous temperature of section N of the bushing,
TS는 설정 온도이며,T S is the set temperature,
∝는 부싱 재료의 저항의 온도 계수이다.Is the temperature coefficient of the resistance of the bushing material.
3섹션 부싱 어셈블리(12)의 본 발명의 경우에 있어서는, 부싱 R12의 전체 저항치는 아래와 같이 표시될 수 있다.In the case of the invention of the three-section bushing assembly 12, the overall resistance of the bushing R 12 can be expressed as follows.
부싱 I12에 흐르는 전류는 상기 저항이 직렬로 접속되었기에 각 섹션에서 동일하다. 오옴의 법칙에 의해 전압은 저항에 전류를 곱하는 것인데, 관계식은 아래와 같이 된다.The current flowing in the bushing I 12 is the same in each section because the resistors are connected in series. According to Ohm's law, voltage is the product of resistance multiplied by current.
또는or
물론 어떠한 전류도 주입되지 않았을시에, 상기는 참이다.Of course, this is true when no current is injected.
따라서, 라인(104와 106, 106과 108 및 108과 110) 간의 전위차는 제1의 부싱 섹션(14), 제2의 부싱 섹션(16) 및 제3의 부싱 섹션(18) 양단간에 상기 부싱 섹션의 저항 R을 통한 전류 흐름 I12에 상당하는 전압 강하를 각기 나타낸다. 라인(104와 110)간의 전압차는 전체 다중 섹션 부싱 어셈블리(12) 양단의 전압 강하를 나타낸다.Thus, the potential difference between
전술된 바와 같이, 설정 온도 근처에서 동작하는 임의의 부싱 섹션 N의 저항/온도 관계는 아래와 같다.As mentioned above, the resistance / temperature relationship of any bushing section N operating near the set temperature is as follows.
부싱 B의 부싱 섹션 N 양단의 전압 강하 EN는 전류에 저항을 곱한 값으로 아래와 같다.The voltage drop across a bushing section N of a bushing B E N is as follows: the product of the resistance to the current value.
부싱의 섹션의 온도를 제어하기 위하여, 편차 신호 XN는 이하 관계식으로 부터 형성되는데,In order to control the temperature of the section of the bushing, the deviation signal X N is formed from the relation
여기서, C 및 K는 상수이다.Where C and K are constants.
상기식에 앞서의 식을 대입하면 아래와 같다.Substituting the above equation into the above equation is as follows.
부싱 섹션이 적당하거나 또는 설정 온도일시에, TN=TS이고 편차는 아래와 같이 표현될 수 있다.When the bushing section is at a suitable or set temperature, T N = T S and the deviation can be expressed as follows.
편차신호가 설정 온도에서는 제로이기 때문에, 상기 식은 아래와 같이 된다.Since the deviation signal is zero at the set temperature, the above equation is as follows.
그러나, 부싱 세그먼트 양단의 온도가 설정 온도와 같지 않을시에는 다음과 같다.However, when the temperature across the bushing segment is not equal to the set temperature, it is as follows.
그러므로 상기 등식은 아래와 같이 된다.Therefore, the equation becomes
K=C/RS를 상기 식에 대입하면 아래와 같다.Substituting K = C / R S into the above equation gives:
K, ∝ 및 RS가 상수이기 때문에, 상기 식은 아래와 같이 표현될 수 있는데,Since K, ∝ and R S are constants, the above equation can be expressed as
여기서 M은 상수이다.Where M is a constant.
상기 편차 신호는 T의 작은 범위에 대해 선형이다.The deviation signal is linear over a small range of T.
제2도 및 제3도와 특히 제4도를 참조하면, 부싱 균형 제어기(102)와 또한 시스템(100)의 관련 전기 구성 부품이 도시된다. 부싱 균현 제어기(102)를 도시한 제4도의 일부를 살펴보면, 제1, 제2 및 제3의 부싱 섹션(14, 16 및 18)관 관련된 3개의 실제로 동일한 회로 부분과 또한 특정의 부가적 회로가 존재한다는 것이 드러난다. 전술된 바와 같이, 부싱 균현 제어기(102)가 임의의 수의 섹션의 부싱에 대해서도 사용될 수도 있고 부분은 부싱 섹션의 수에 상응하게 더 많은 또는 더 적은 수가 사용될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.Referring to FIGS. 2 and 3 and in particular to FIG. 4, the
부싱 균형 제어기(102)는 제1의 부싱 섹션(14)의 양단에서의 전압을 나타내는 신호 라인(104 및 106)의 전압 신호를 수신한다. 상기 라인(104 및 106)의 신호는 제1의 차동 증폭기(122)에 인가된다. 상기 차동 증폭기(122)는 상기 두 전압 신호간의 차이를 계산하고 제1의 동기 복조기(124)에 출력을 제공한다. 마찬가지로, 제2 또는 중앙 부싱 섹션(16)의 양단에서의 전압을 나타내는 라인(106 및 108)의 전압 신호는 제2의 차등 증폭기(142)에 제공되고 상기 제2의 차동 증폭기의 출력 신호는 제2의 동기 복조기(144)에 제공된다. 라인(108 및 110)의 전압 신호는 제3의 차등 증폭기(162)의 입력에 제공되고 상기 제3의 차등 증폭기의 출력은 제3의 복조기(164)에 제공된다. 상기 동기 복조기(124, 144 및 164)는 상기 복조기에 제공된 교류 신호를 정확히 전파 정류한다.
다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 양단에서의 전압은 라인(104 및 110)에 나타나고 제4의 차동 증폭기(182)에 제공한다. 상기 제4의 차동 증폭기(182)의 출력은 부싱 균형 제어기(102)에 사용된 기본 제어 신호를 제공하는 제로 크로싱 검출기(zero crossing detector;184)를 구동시킨다. 상기 제로 크로싱 검출기(184)로 부터의 직접의 출력은 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)에 제공된 사인파(A.C.) 전원의 0 또는 제로 크로싱을 나타낸 일련의 펄스이다. 상기 일련의 펄스는 라인(186)을 통해 각각의 동기 복조기(124, 144 및 164)에 제공되고 각각의 차동 증폭기(122, 142 및 162)로부터 증폭된 전압 강하 신호의 정류를 제어한다. 상기 일련의 펄스는 또한 2 분할 회로(188)에 또한 제공된다. 상기 2분할 회로(188)는 라인(186)의 매 2펄스에 대해 1펄스를 가진 펄스열을 제어 라인(190)에 제공한다. 제어 라인(190)의 상기 펄스열은 라인(128 및 168)의 각각의 동기 복조기(124 및 164)로부터 정류된 출력 신호를 그라운드로 간헐적으로 분로시키는 제1쌍의 고속의 되도록 전자식의 스위치(126 및 166)를 구동시킨다. 라인(190)의 펄스열은 또한 인버터(192)의 입력에 제공된다. 따라서, 제어 라인(194)의 인버터(192)의 출력은 제어 라인(190)의 펄스와는 동기가 아닌 일련의 펄스이다. 상기 동기가 아닌 일련의 펄스는 제2쌍의 고속의 되도록 전자식의 스위치(146 및 200)를 구동시킨다. 상기 스위치(146 및 200)는 각각의 전원 팩(50 및 70)으로의 제어 신호를 교대로 작업가능 및 작업불가능시키는 제어 라인(52 및 72)의 신호를 그라운드로 간헐적으로 분로시킨다. 제어 라인(190)의 펄스가 제어 라인(194)의 펄스에 대해 반전되거나 또는 동기가 아니기 때문에, 제1쌍의 스위치(126 및 166)의 개폐는 제2쌍의 스위치(146 및 200)의 개폐에 대해 엇갈리거나 또는 동기가 아니다.The voltage across the multiple
인지된 바와 같이, 라인(116)에 나타난 전압은 부싱 전류에 직접 비례한다. 상기 전압은 제4의 차동 증폭기(210)에 의해 증폭된다. 상기 제4의 차동 증폭기(21)의 출력은 제2의 제로 크로싱 검출기(212)에 제공되고 또한 제4의 동기 복조기(214)에 제공된다. 전류 신호에 대해 분리 제로 크로싱 검출기를 사용하므로, 전류 신호와 전압 신호간의 임의의 위상 시프트가 제거된다. 제4의 동기 복조기(214)의 출력은 제어 라인(190)의 펄스가 존재할시에, 출력 신호를 그라운드로 분로시키는 고속 스위치(218)에 결합된 라인(216)으로 이송된다.As will be appreciated, the voltage shown in
전압 강하에 관한 회로 부분으로 되돌아가면, 라인(128, 148 및 168)의 정류된(직류) 신호는 각각의 연산 증폭기(130, 150 및 170)에 제공된다. 상기 연산 증폭기(130, 150 및 170)는 피이드백 회로(132, 152 및 172)를 각기 구비한다. 쉽게 이해되듯이, 상기 피드백 회로(132, 152 및 172)는 각기 연산 증폭기(130, 150 및 170)의 이득 조정을 용이하게 한다. 상기 피이드백 회로(132, 152 및 172)는 상수 ∝, RS및 K를 설정한다. 각각의 회로 경로가 개별 피이드백 조정 회로를 구비하기 때문에, 각각의 상기 회로 경로는 특수한 개별 동작 특성에 맞추어질 수 있다.Returning to the circuit portion regarding the voltage drop, the rectified (direct current) signals of
연산 증폭기(130, 150 및 170)의 출력은 같은 수의 가산 연산 증폭기(134, 154 및 174)의 한 입력에 각기 제공된다. 상기 가산 연산 증폭기(134, 154 및 174)의 다른 입력은 피이드백 회로(224)를 구비한 제4의 연산 증폭기(222)로 부터의 출력 신호에 의해 제공된다. 피이드백 회로(224)는 정수 C인 이득을 설정한다. 상기 연상 증폭기(222)의 출력 신호는 부싱 어셈블리(12)의 전류를 나타내고 인지된 바와 같은 각각의 상기 가산 연산 증폭기(134, 154 및 174)의 다른 입력에 신호 라인(226)을 통해 이송된다.The outputs of the
가산 연산 증폭기(134)의 출력은 다음과 같은 편차 신호이다.The output of the addition operational amplifier 134 is a deviation signal as follows.
이와 유사하게, 가산 연산 증폭기(154)의 출력은 다음과 같은 편차 신호이고;Similarly, the output of the addition operational amplifier 154 is the deviation signal as follows;
가산 연산 증폭기(174)의 출력은 다음과 같은 편차 신호이다.The output of the addition operational amplifier 174 is a deviation signal as follows.
그후, 상기 가산 연산 증폭기(134)로부터의 편차 신호는 포지티브 에러 신호의 비례 및 적분값을 계산하는 비례 및 적분단(proportional and integral value; 136)으로 진행된다. 그후, 상기 신호는 제2의 전원 팩(50)의 제어를 위해 절되는 초퍼(chopper, 138)로 진행된다. 마찬가지로, 제2 또는 중앙 부싱 섹션(16)과 관련된 부싱 균형 제어기(102)의 부분은 제1의 전원 팩(26)을 차례로 구동시키는 초퍼(158)를 구동시키는 비례 및 적분단(156)을 포함한다. 마찬가지로, 제3 또는 우측 부싱 섹션(18)과 관련된 부싱 균형 제어기(102)의 부분은 제3의 전원 팩(70)을 차례로 구동시키는 초퍼(178)를 구동시키는 비례 및 적분단(176)을 포함한다. 상기 비례 및 적분단(136, 156 및 176)과 초퍼(138, 158 및 178)는 일렉트릭 제어 시스템사에 의해 제조된 모델 6810 또는 모델 6403이나 또는 리드 및 노드롭사의 모델 Emax V과 같은 통상 상업적으로 입수 가능한 프로세스 제어기에 의해 제공될 수도 있다.The deviation signal from the addition operational amplifier 134 then proceeds to a proportional and
시스템(10)에서 열전쌍에 의해 감지된 온도 및 시스템(100)에서 저항(전압 강하) 기술에 의해 감지된 온도와 관련된 명백한 차이를 제외하곤, 상기 두 시스템(10 및 100)의 동작은 실제로 동일하고 이하 설명될 것이다. 두 시스템에 있어서, N-1개의 부싱 섹션의 프로세스 제어기는 수동, 즉, 고정된 모드로 50% 전원을 제공하도록 조정된다. 자동 모드로 설정될시엔, 상기 예비 조정은 상기 제어기가 최대 포지티브 및 네거티브 온도범위 조정을 제공할 것이다. 그다음에, 주전원 제어기 구성 구성 부품(시스템(10)의 제1의 프로세스 제어기(32) 및 관련 전원 팩(26)과 시스템(100)의 부싱 균형 제어기(102)의 구성 구성 부품(142 내지 158) 및 전원 팩(26))은 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 최적화 및 균형된 처리량을 얻도록 조정된다. 상기는 핀조정 등등과 같은 기계적 수단을 포함한 임의의 수단에 의해 이루어질 수도 있고 상기 시스템이 자동 제어 모드로 전환되기 전에 실제로 동일한 처리량을 제공한다. 그다음에, N-1개의 제어기, 즉, 제2 및 제3의 전원 팩(54 및 74)을 각기 구동시키는 이들 프로세스 구성 부품의 설정 온도는 제로 에러를 나타내도록 조절된다. 이때에, 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)는 표면상 균형 상태에 있고 따라서 집합된 유리 섬유의 팩 싸이즈와 처리량은 실제로 동일하다. 최종적으로, N-1개의 제어기는 자동 모드로 전환되고 시스템(10 및 100)은 균형잡힌 상태를 유지하도록 동작될 것이다.The operation of the two
다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 제2(N번째) 섹션(16)의 설정 온도를 유지하는한, 제1 또는 메인 전원 팩(26)이 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)에 전기 에너지의 대부분을 제공한다는 것을 인식될 것이다. 제2 및 제3의 전원 팩(54 및 74)은 상기 팩의 각각의 부싱 섹션(14 및 18)에 극소량의 전기 에너지를 제공하고 다중 섹션 부싱 어셈블리(12)의 각각의 섹션의 감지된 온도 또는 저항치에 따라 상기 팩의 이용가능한 전기 에너지의 0과 100% 간의 에너지를 주입하므로 온도를 조절한다.As long as the set temperature of the second (Nth)
특히 시스템(100)에 관련하여, 앞서 인지된 바와같이, 상기 부싱 균형 제어기(102) 특히 제2 및 제3의 전원 팩(54 및 74)에 의해 주입된 전류는 저항(전압 강하) 감지동안 존재하지 않을 수도 있다. 교대로 동작하는 고속 스위치(126, 146, 166 및 200)는 부싱 어셈블리(12)의 열폭주(thermal runaway)를 초래할 사건 및 우발적인 고장과 같은 사고를 방지한다.In particular with respect to
양호한 실시예의 전술한 도면 및 설명은 본 발명을 실행하는 발명자에게 공지된 최선 형태이다. 종래의 기술에 숙련된 자에 의해 이러한 실시예의 수정 및 변형이 실행될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명의 전술한 설명은 한정적이진 않으나, 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같지만 제한된다.The foregoing figures and description of the preferred embodiments are the best mode known to the inventors of the present invention. It will be appreciated that modifications and variations of this embodiment may be made by those skilled in the art. Therefore, the foregoing description of the invention is not limited but as defined in the appended claims, but is limited.
[산업상이용가능성][Industry availability]
유리 섬유의 제조에 있어서, 균일한 패키지 싸이즈를 초래하는 균일한 직경의 다수의 섬유를 제조하는 것이 바람직하다. 본 발명의 부싱 균형 제어는 다중 섹션 유리 섬유 부싱의 제어를 용이하게 하여, 전류 주입에 의해 부싱의 다수의 섹션 양단의 온도를 균형하게 유지하므로 균일한 섬유 직경을 제조한다.In the production of glass fibers, it is desirable to produce a large number of fibers of uniform diameter resulting in uniform package size. The bushing balance control of the present invention facilitates the control of the multi-section glass fiber bushing, thereby maintaining a uniform temperature across the multiple sections of the bushing by current injection, thus producing a uniform fiber diameter.
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